CN220960895U - 一种应用于中子实验的低温耦合拉伸装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及中子散射实验技术领域，公开一种应用于中子实验的低温耦合拉伸装置。该应用于中子实验的低温耦合拉伸装置包括真空箱、夹持组件、冷却组件、加载组件和补偿组件，夹持组件设置于真空箱内部，夹持组件包括两个相对设置的夹持头，两个夹持头共同夹持待测样品；冷却组件被配置为冷却真空箱内的待测样品；加载组件的输出端与其中一个夹持头相连接；补偿组件的输出端与真空箱相连接，以驱动真空箱、夹持组件、冷却组件和加载组件向背离加载组件施加在待测样品上的加载力的方向移动。所述应用于中子实验的低温耦合拉伸装置可以对样品在低温、真空环境下的拉伸性能进行测试，且能保证测试结果的精确性。

Description

一种应用于中子实验的低温耦合拉伸装置

技术领域

本实用新型涉及中子散射实验技术领域，尤其涉及一种应用于中子实验的低温耦合拉伸装置。

背景技术

相对于X射线，中子具有强大的穿透能力、对轻元素敏感、可识别同位素和拥有自旋和磁矩等优点，且对样品具有非破坏性，使得中子散射技术广泛应用于能源材料、磁性材料和工程材料的研究中。中子散射技术的主要原理为：来自中子源的中子束流入射到样品材料中，与材料中的原子核或磁矩发生相互作用，向各个方向散射开来。通过测量散射中子的能量和动量的变化，可以得到材料的微观结构信息和运动规律。

在测试应用于航空、航天、深海等领域的材料的拉伸性能时，通常需要将其置于低温、真空的环境下进行测试。而现有技术中的拉伸装置通常具有以下缺陷：1)其仅能用于常温环境中样品内部变形测试，在对应用于航空、航天、深海等领域的材料的拉伸性能进行测试时会导致测试结果不准确；2)其对样品拉伸时通常为单边加载，样品在加载力的作用下其中心位置会发生变化，从而导致中子束流不能入射到样品的中心位置，影响测试结果。

因此，亟需提出一种应用于中子实验的低温耦合拉伸装置，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种应用于中子实验的低温耦合拉伸装置，可以对样品在低温、真空环境下的拉伸性能进行测试，且能保证测试结果的精确性。

如上构思，本实用新型所采用的技术方案是：

一种应用于中子实验的低温耦合拉伸装置，包括：

真空箱；

夹持组件，设置于所述真空箱内部，所述夹持组件包括两个相对设置的夹持头，两个所述夹持头共同夹持待测样品；

冷却组件，被配置为冷却所述真空箱内的待测样品；

加载组件，所述加载组件的输出端与其中一个所述夹持头相连接；

补偿组件，所述补偿组件的输出端与所述真空箱相连接，以驱动所述真空箱、所述夹持组件、所述冷却组件和所述加载组件向背离所述加载组件施加在所述待测样品上的加载力的方向移动。

作为本实用新型提供的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置的一种优选方案，所述补偿组件包括补偿驱动源和丝杠螺母传动结构，所述补偿驱动源的输出端与所述丝杠螺母传动结构的丝杠相连接，所述丝杠螺母传动结构的螺母与所述真空箱相连接。

作为本实用新型提供的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置的一种优选方案，所述补偿组件还包括：

支撑平台，用于支撑所述补偿驱动源的固定端；

滑动平台，滑动设置于所述支撑平台上，所述真空箱与所述滑动平台相连接，所述补偿驱动源的输出端与所述滑动平台相连接。

作为本实用新型提供的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置的一种优选方案，所述补偿组件还包括光栅尺，所述光栅尺沿所述真空箱的长度方向延伸并设置于所述支撑平台上。

作为本实用新型提供的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置的一种优选方案，所述冷却组件包括制冷机、冷屏和导热件，所述冷屏设置于所述真空箱内，并罩设于所述夹持组件外，所述制冷机设置于所述真空箱上，且所述制冷机的冷头通过所述导热件与所述夹持头相连接。

作为本实用新型提供的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置的一种优选方案，所述加载组件包括加载驱动源和加载轴，所述加载驱动源的输出端与所述加载轴相连接，所述加载轴远离所述加载驱动源的一端穿过所述真空箱与对应的所述夹持头相连接。

作为本实用新型提供的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置的一种优选方案，所述加载轴与对应的所述夹持头之间连接有拉力传感器。

作为本实用新型提供的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置的一种优选方案，所述加载轴的轴线方向与水平方向平行。

作为本实用新型提供的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置的一种优选方案，所述夹持头上设置有温度传感器。

作为本实用新型提供的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置的一种优选方案，所述真空箱包括箱体、真空阀和真空发生系统，所述箱体上设置有抽真空接口，所述真空阀安装于所述抽真空接口处，所述真空发生系统通过所述真空阀对所述箱体内部进行抽真空操作。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供一种应用于中子实验的低温耦合拉伸装置，通过设置真空箱，可以为待测样品提供真空测试环境，通过设置冷却组件，可以为待测样品提供低温测试环境，从而使该拉伸装置可以适用于对应用于航空、航天、深海等领域的材料的拉伸性能进行测试，以真实模拟其在使用环境下的拉伸性能，进而保证测试结果的准确性；通过设置夹持组件，可以用于固定待测样品；通过设置与夹持组件的其中一个夹持头传动连接的加载组件，可以为待测样品提供加载力；通过设置补偿组件，可以驱动真空箱、夹持组件、冷却组件和加载组件向背离加载组件施加在待测样品上的加载力的方向移动，从而使待测样品的中心位置始终与中子谱仪上的中子束流发射端正对，以保证测试结果的精确性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置显示内部结构的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置显示内部结构的正视示意图；

图3是本实用新型实施例提供的冷却组件与夹持组件的爆炸示意图。

图中：

100-待测样品；

1-真空箱；

2-夹持组件；21-活动夹持头；22-固定夹持头；

3-冷却组件；31-制冷机；32-冷屏；33-导热件；

4-加载组件；41-加载驱动源；42-加载轴；

5-补偿组件；51-补偿驱动源；52-丝杠螺母传动结构；53-支撑柱；54-支撑平台；55-滑动平台；56-导向滑块；57-导向滑轨。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

图1示出了本实施例提供的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置显示内部结构的示意图。图2示出了本实施例提供的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置显示内部结构的正视示意图。如图1-图2所示，本实施例提供一种应用于中子实验的低温耦合拉伸装置，该应用于中子实验的低温耦合拉伸装置包括真空箱1、夹持组件2、冷却组件3、加载组件4和补偿组件5，其中，夹持组件2设置于真空箱1内部，夹持组件2包括两个相对设置的夹持头，两个夹持头共同夹持待测样品100；冷却组件3被配置为冷却真空箱1内的待测样品100；加载组件4的输出端与其中一个夹持头相连接；补偿组件5的输出端与真空箱1相连接，以驱动真空箱1、夹持组件2、冷却组件3和加载组件4向背离加载组件4施加在待测样品100上的加载力的方向移动。

本实施例提供的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置，通过设置真空箱1，可以为待测样品100提供真空测试环境，通过设置冷却组件3，可以为待测样品100提供低温测试环境，从而使该拉伸装置可以适用于对应用于航空、航天、深海等领域的材料的拉伸性能进行测试，以真实模拟其在使用环境下的拉伸性能，进而保证测试结果的准确性；通过设置夹持组件2，可以用于固定待测样品100；通过设置与夹持组件2的其中一个夹持头传动连接的加载组件4，可以为待测样品100提供加载力；通过设置补偿组件5，可以驱动真空箱1、夹持组件2、冷却组件3和加载组件4向背离加载组件4施加在待测样品100上的加载力的方向移动，从而使待测样品100的中心位置始终与中子谱仪上的中子束流发射端正对，以保证测试结果的精确性；该拉伸装置可以满足大部分中高熵合金的拉伸实验需求。

在本实施例中，夹持头与待测样品100螺纹连接。即夹持头和待测样品100中的一个上设置有螺纹孔，另一个上设置有外螺纹，待测样品100可以旋拧于夹持头上，从而实现两者之间的稳定连接。当然，在其他实施例中，夹持头与待测样品100还可以采用其他连接方式进行连接，只要保证待测样品100在拉伸过程中不会与夹持组件2脱开即可。

为方便叙述，将与加载组件4的输出端相连接的夹持头称为活动夹持头21，将固定设置的夹持头称为固定夹持头22。加载组件4包括加载驱动源41和加载轴42，加载驱动源41的输出端与加载轴42相连接，加载轴42远离加载驱动源41的一端穿过真空箱1与活动夹持头21相连接。加载驱动源41通过加载轴42和活动夹持头21对待测样品100提供拉伸力。可选地，加载驱动源41为伺服电动缸，电动缸的结构精度较高、直线运动精度较高、性能可靠且稳定性较高。

为了检测加载组件4对待测样品100的加载载荷，加载轴42与活动夹持头21之间连接有拉力传感器。拉力传感器能将加载组件4加载在待测样品100上的加载载荷数值传输至该拉伸装置的控制系统中，以建立待测样品100的应变、应力状态与相应的加载载荷之间的对应关系，方便操作人员对测试结果进行分析。

可选地，加载轴42的轴线方向与水平方向平行，即本实施例提供的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置为卧式拉伸装置。相较于现有技术中的立式拉伸机，卧式拉伸装置更方便安装，便于操作，且能实现对待测样品100更大的拉伸量。

继续参考图1-图2，补偿组件5包括补偿驱动源51和丝杠螺母传动结构52，补偿驱动源51的输出端与丝杠螺母传动结构52的丝杠相连接，丝杠螺母传动结构52的螺母与真空箱1相连接。在本实施例中，补偿驱动源51为补偿电机。当补偿驱动源51工作时，能够驱动丝杠螺母传动结构52的丝杠转动，同时带动丝杠螺母传动结构52的螺母沿丝杠的延伸方向移动，进而带动真空箱1、夹持组件2、冷却组件3和加载组件4同步移动。通过设置丝杠螺母传动结构52，可以使补偿组件5具有传动效率高、刚度高且使用寿命长的优势。

进一步地，补偿组件5还包括支撑平台54和滑动平台55，支撑平台54用于支撑补偿驱动源51的固定端；滑动平台55滑动设置于支撑平台54上，真空箱1与滑动平台55相连接，补偿驱动源51的输出端与滑动平台55相连接。

为保证真空箱1与滑动平台55之间连接的稳定性，补偿组件5还包括支撑柱53，多个支撑柱53呈阵列分布于真空箱1和滑动平台55之间，每个支撑柱53的两端分别连接于真空箱1的底部和滑动平台55。支撑柱53的设置可以防止真空箱1在移动过程中发生倾斜，提高其移动过程的稳定性。在本实施例中，支撑柱53的数量为四个，四个支撑柱53分别位于真空箱1的四角位置处，以在保证真空箱1移动过程稳定性的同时，减少支撑柱53的数量，从而降低制造成本。

可选地，在支撑平台54上设置有沿真空箱1的长度方向延伸的导向滑轨57，在滑动平台55的底部设置有与导向滑轨57滑动配合的导向滑块56。通过设置相滑动配合的导向滑轨57和导向滑块56，可以为滑动平台55的滑动提供导向，并保证其移动过程的稳定性，防止真空箱1补偿移动的方向与待测样品100上的拉伸力的加载方向不平行导致的检测结果不精确的情况。

为了精确控制补偿组件5带动真空箱1移动的距离，补偿组件5还包括光栅尺，光栅尺沿真空箱1的长度方向延伸并设置于支撑平台54上。示例性地，当加载组件4在待测样品100上加载的载荷为F，使得待测样品100沿真空箱1的长度方向伸长的距离为L时，补偿组件5启动并驱动真空箱1、夹持组件2、冷却组件3和加载组件4反方向移动0.5L，以保证待测样品100的中心位置始终与中子谱仪上的中子束流发射端正对。通过补偿驱动源51、丝杠52、螺母53以及光栅尺之间的配合作业，补偿组件5的位移精度可达到0.05mm。

为实现真空箱1中的真空环境，真空箱1包括箱体、真空阀和真空发生系统，箱体上设置有抽真空接口，真空阀安装于抽真空接口处，真空发生系统通过真空阀对箱体内部进行抽真空操作。可选地，箱体内部可以设置真空度检测件，以检测箱体内部的真空度，使其与待测样品100实际使用环境中的真空度相匹配，进一步保证测试结果的精确性。

在本实施例中，加载组件4对待测样品100的加载载荷最高可达到50kN。为防止加载组件4对待测样品100施加的载荷过大导致箱体发生变形，箱体可以采用高强度金属材料制成，如钢材、合金钢等。

图3示出了本实施例提供的冷却组件3与夹持组件2的爆炸示意图。如图3并结合图2所示，冷却组件3包括制冷机31、冷屏32和导热件33，冷屏32设置于真空箱1内，并罩设于夹持组件2外，制冷机31设置于真空箱1上，且制冷机31的冷头通过导热件33与夹持头相连接。通过设置冷屏32，可以为待测样品100提供低温环境，相较于在整个真空箱1中进行降温，该设计方式可以减小低温环境的体积，节省制冷机31的耗电量，降低测试成本；通过在夹持头上连接导热件33，以通过夹持头对待测样品100进行降温操作，相较于将制冷机31的冷头直接连接于待测样品100上的方式，该设计方式一方面可以从待测样品100的两端同时对待测样品100进行降温，从而保证待测样品100降温操作的均匀性；另一方面可以节省在重新安装待测样品100时，待测样品100与冷头相连接的步骤，提高安装效率。

需要说明的是，固定夹持头22可以固定于冷屏32上，也可以穿过冷屏32固定于真空箱1的箱体上。

可选地，制冷机31可以选用现有技术中的GM制冷机，其降温效率较快。

可选地，夹持头上设置有温度传感器，以实时检测夹持头上的温度，使其与待测样品100实际使用环境中的温度相匹配，进一步保证测试结果的精确性。在本实施例中，制冷机31工作时，可以使夹持头的温度达到6K～473K。经系统调试，由于不同材质的待测样品100的热传导率不同，当待测样品100为铜件时，待测样品100的最低温度可达到7K；当待测样品100为钢件时，待测样品100的最低温度可达到15K。

下面结合图1-图3简述该应用于中子实验的低温耦合拉伸装置对待测样品100进行拉伸实验的实验过程：1)将待测样品100固定于两个夹持头之间，再将固定有待测样品100的拉伸装置置于中子谱仪上；2)启动制冷机31，同时温度传感器检测夹持头的温度是否达到预设温度；3)当夹持头的温度达到预设温度时，加载驱动源41通过加载轴42对待测样品100进行拉伸应力加载，拉力传感器实时检测待测样品100上的加载载荷，同时补偿组件5驱动真空箱1、夹持组件2、冷却组件3和加载组件4向背离待测样品100拉伸的方向移动，以使待测样品100的中心位置始终与中子谱仪上的中子束流发射端正对；4)开始中子散射实验，收集数据并分析待测样品100的结构信息。

以上实施方式只是阐述了本实用新型的基本原理和特性，本实用新型不受上述实施方式限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种应用于中子实验的低温耦合拉伸装置，其特征在于，包括：

真空箱(1)；

夹持组件(2)，设置于所述真空箱(1)内部，所述夹持组件(2)包括两个相对设置的夹持头，两个所述夹持头共同夹持待测样品(100)；

冷却组件(3)，被配置为冷却所述真空箱(1)内的待测样品(100)；

加载组件(4)，所述加载组件(4)的输出端与其中一个所述夹持头相连接；

补偿组件(5)，所述补偿组件(5)的输出端与所述真空箱(1)相连接，以驱动所述真空箱(1)、所述夹持组件(2)、所述冷却组件(3)和所述加载组件(4)向背离所述加载组件(4)施加在所述待测样品(100)上的加载力的方向移动。

2.根据权利要求1所述的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置，其特征在于，所述补偿组件(5)包括补偿驱动源(51)和丝杠螺母传动结构(52)，所述补偿驱动源(51)的输出端与所述丝杠螺母传动结构(52)的丝杠相连接，所述丝杠螺母传动结构(52)的螺母与所述真空箱(1)相连接。

3.根据权利要求2所述的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置，其特征在于，所述补偿组件(5)还包括：

支撑平台(54)，用于支撑所述补偿驱动源(51)的固定端；

滑动平台(55)，滑动设置于所述支撑平台(54)上，所述真空箱(1)与所述滑动平台(55)相连接，所述补偿驱动源(51)的输出端与所述滑动平台(55)相连接。

4.根据权利要求3所述的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置，其特征在于，所述补偿组件(5)还包括光栅尺，所述光栅尺沿所述真空箱(1)的长度方向延伸并设置于所述支撑平台(54)上。

5.根据权利要求1所述的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置，其特征在于，所述冷却组件(3)包括制冷机(31)、冷屏(32)和导热件(33)，所述冷屏(32)设置于所述真空箱(1)内，并罩设于所述夹持组件(2)外，所述制冷机(31)设置于所述真空箱(1)上，且所述制冷机(31)的冷头通过所述导热件(33)与所述夹持头相连接。

6.根据权利要求1所述的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置，其特征在于，所述加载组件(4)包括加载驱动源(41)和加载轴(42)，所述加载驱动源(41)的输出端与所述加载轴(42)相连接，所述加载轴(42)远离所述加载驱动源(41)的一端穿过所述真空箱(1)与对应的所述夹持头相连接。

7.根据权利要求6所述的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置，其特征在于，所述加载轴(42)与对应的所述夹持头之间连接有拉力传感器。

8.根据权利要求6所述的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置，其特征在于，所述加载轴(42)的轴线方向与水平方向平行。

9.根据权利要求1所述的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置，其特征在于，所述夹持头上设置有温度传感器。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的应用于中子实验的低温耦合拉伸装置，其特征在于，所述真空箱(1)包括箱体、真空阀和真空发生系统，所述箱体上设置有抽真空接口，所述真空阀安装于所述抽真空接口处，所述真空发生系统通过所述真空阀对所述箱体内部进行抽真空操作。